早期地球大陆地壳生长之谜揭秘：地球化学与地球动力学的新发现

早期地球大陆地壳生长和循环速率不明，研究人员分析南非巴伯顿绿岩带 32.7 亿年科马提岩熔岩流中橄榄石的熔体包裹体，结合地球动力学模型，发现晚冥古宙大量大陆地壳已形成并循环，为早期地球演化研究提供关键依据。

　　在地球漫长的演化历史中，早期地球大陆地壳的生长与循环一直是科学界关注的焦点。由于古代岩石受到广泛蚀变，相关信息大量缺失，这使得早期地球大陆地壳的生长和循环速率变得扑朔迷离。目前，关于冥古宙 - 太古宙过渡时期大陆地壳形成的比例，学界的估计差异极大，从 0% 到超过当今大陆地壳体积的 100% 不等 。并且，用来估算大陆地壳体积的方法也存在诸多问题，比如基于全岩同位素系统的研究，会受到地幔同位素比值不均一、地壳和海洋地壳提取与循环的同位素效应难以区分以及古代岩石蚀变等因素的干扰 。在这样的背景下，开展相关研究以揭开早期地球大陆地壳生长的神秘面纱显得尤为重要。

法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学等机构的研究人员，为了解决早期地球大陆地壳生长和循环的问题，进行了深入研究。他们通过分析南非巴伯顿绿岩带中 32.7 亿年科马提岩熔岩流中橄榄石的熔体包裹体，结合先进的地球动力学模型，得出了一系列重要结论。研究表明，晚冥古宙可能已有高达 80% ± 16% 的现今大陆地壳质量从地幔中提取出来，且当时可能存在大规模的大陆地壳形成和循环过程 。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解早期地球的演化提供了关键依据。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下几种关键技术：一是对橄榄石中熔体包裹体进行多种分析，包括高温退火和淬火处理后，利用电子微探针分析主要和次要元素，用拉曼光谱测定 H₂O 含量，采用激光烧蚀分流（LASS）电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析 Sr 同位素组成和微量元素含量 ；二是运用地球动力学模型，通过调整相关参数，模拟早期地球的动力学过程以及大陆地壳的提取和演化 。

研究结果如下：

• Weltevreden 科马提岩：对 Weltevreden 组科马提岩流样本中橄榄石 - hosted 熔体包裹体进行分析，发现其地幔源在喷发前经历了地幔亏损，且 Hf 和 Nd 同位素系统解耦，这可能源于早期冥古宙岩浆海洋凝固时的元素分馏 。
• 科马提岩橄榄石斑晶中的熔体包裹体：研究选取了 350 多个橄榄石 - hosted 熔体包裹体进行分析，发现 TiO₂含量与宿主橄榄石 Fo 含量呈负相关，Cl/Ti 和 K₂O/TiO₂存在较大范围变化，这是由于受到海水衍生的超盐卤水和海水蚀变的蛇纹岩同化作用影响 。为避免受此过程显著影响的样本，研究仅考虑低 Rb/Sr 的熔体包裹体进行地质解释 。
• 熔体包裹体中的 Sr 同位素和地球化学示踪剂：Weltevreden 熔体包裹体的 Sr 同位素特征显示出较大范围的测量值和初始值，通过统计分析可分为三个统计上均一的组。其中一组具有极低的 ( ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_initial特征，其加权平均值为 0.69932 ± 0.00024，对应的 Sr 模型年龄为 4.31 ± 0.19 Ga，表明部分形成 Weltevreden 科马提岩熔体的组分自冥古宙起就已在地球化学上被隔离 。
• 冥古宙大陆地壳的提取：未放射性 Sr 熔体包裹体的 Nb/U 和 Ce/Pb 加权平均值显著高于原始地幔（PM）/ Bulk Silicate Earth（BSE）的估计值，这表明这些比值的升高可归因于大陆地壳的产生。通过质量平衡方法计算得出，冥古宙提取的大陆地壳可能占现今大陆地壳质量的 80% ± 16% 。
• 地球动力学建模：运用 StagYY 地幔对流代码进行地球动力学建模，模型分为两组。Group I 模型具有较高的俯冲活动，其产生 40% - 70% 现今大陆地壳质量的模型与 Nb/U 和 Ce/Pb 数据拟合良好，能较好地反映 Weltevreden 科马提岩熔体包裹体的 Sr 同位素组成；Group II 模型俯冲活动较低，与数据拟合较差 。综合模型结果可知，为符合地球化学观测，冥古宙和始太古代的构造体制需足够活跃，且水供应要充足 。

研究结论和讨论部分指出，地球化学数据和地球动力学模型表明，晚冥古宙大量海洋和大陆地壳已经形成并循环，这支持了 Richard Armstrong 提出的模型以及近期的一些模型 。该研究不仅为早期地球大陆地壳生长和循环的研究提供了重要的数据支持，还为后续深入探究地球早期演化过程指明了方向，有助于我们更全面、深入地理解地球的形成和发展历程。